Uso de electrolizadores para la producción industrial de H2

Hacia métodos renovables de producción de hidrógeno

Cuáles son las principales fuentes de hidrógeno para la industria?

Gran parte del hidrógeno (H2) producido para la industria procede de combustibles fósiles. El reformado con vapor es un proceso termoquímico por el que un combustible fósil se calienta con agua para producir hidrógeno y dióxido de carbono. El hidrógeno "azul" se produce a partir del reformado del gas natural, y el hidrógeno "marrón" a partir del carbón gasificado.  

Ambos métodos producen dióxido de carbono (CO2) como subproducto, que se libera a la atmósfera o se recoge para utilizarlo en otro proceso (como el procesado de alimentos y bebidas). 

En la actualidad, existe una marcada tendencia a abandonar la producción de hidrógeno (H2) mediante la reducción del gas natural, en favor de la electrólisis del agua. En muchos países, la energía utilizada para hacer funcionar los electrolizadores procede de la energía solar, eólica e hidráulica, así como de la generación de energía a partir de biometano.  

El hidrógeno producido con energías renovables se denomina "verde". Aunque la electrólisis requiere mucha energía, las energías renovables como la eólica y la solar no emiten CO2 como el hidrógeno producido con energía azul y gris. y gris.

El hidrógeno también puede producirse mediante la gasificación de la biomasa. Esto implica altas temperaturas (700 °C), pero sin combustión. Las cantidades de O2 y vapor en el proceso se controlan para producir CO y H2. Este gas, el syngas, se utiliza a continuación para alimentar turbinas mediante combustión.  

Aunque el cultivo de biomasa elimina CO2 de la atmósfera, este proceso debe combinarse con la captura de carbono para mantener bajas las emisiones netas.  

La electricidad necesaria para la electrólisis puede suponer hasta el 75 % del coste de producción del hidrógeno, de ahí la tendencia hacia las fuentes renovables. 

Gasificación - Wikipedia

Cómo impulsan los avances en electrolizadores la producción de hidrógeno ecológico? 

La tecnología de electrolizadores está avanzando rápidamente y sustituyendo a la producción de hidrógeno a partir de combustibles fósiles, lo que está reduciendo la cantidad de CO2 producido como subproducto. El crecimiento de esta industria está impulsado por las exigencias de diversos gobiernos de reducir el uso de combustibles fósiles para la generación de energía y el transporte, sustituyéndolos por la tecnología de pilas de combustible. Las pilas de combustible convierten el hidrógeno y el oxígeno en electricidad y el subproducto agua. En este proceso también se genera calor. En instalaciones más grandes, ese calor puede utilizarse para accionar turbinas de vapor para la generación de energía, lo que se conoce como "cogeneración". para generar electricidad, lo que se conoce como "cogeneración". 

En pocas palabras, la electrólisis consiste en hacer pasar corriente continua a través de un electrolito, lo que provoca una reacción química en el ánodo y el cátodo. Se produce O2 por oxidación en el ánodo y H2 por reducción en el cátodo. 

Proceso de electrólisis
Caption: Proceso de electrólisis


La electrólisis lleva con nosotros desde 1800, cuando Alessandro Volta desarrolló la primera pila eléctrica utilizando ácido como medio, y se observó que, al fluir la corriente, aparecían oxígeno e hidrógeno en los polos de la pila. Sir Humphry Davy (famoso por su lámpara de seguridad) y su ayudante Michael Faraday (que formuló dos leyes de la electrólisis) investigaron más a fondo. dos leyes de la electrólisis)

Electrólisis alcalina (AEL)

Se descubrió que el agua pura no siempre es un buen medio para la electrólisis. Por ello, los electrolizadores modernos utilizan hidróxido de potasio y de sodio, que ofrecen mejores reacciones. Véase Electrolisis del agua - Wikipedia

Los iones de hidróxido viajan del cátodo al ánodo a través del electrolito. Se genera hidrógeno en el cátodo y oxígeno en el ánodo. Este método de producción se denomina "electrólisis alcalina" y funciona a un Rango de temperaturas de 70...90 °C, a presiones de unos 30 bar. 

Electrolizadores PEM

Otro tipo es el electrolizador de membrana electrolítica polimérica (PEM), que utiliza agua para reaccionar en el ánodo y formar O2 e iones de hidrógeno cargados positivamente que se mueven a través de la membrana conductora de iones hasta el cátodo. La membrana es un material polimérico sólido especial. 

A continuación, estos iones se recombinan con los electrones externos que circulan por el circuito para producir hidrógeno gaseoso. Así, se produce O2 en el ánodo y H2 en el cátodo. Esta tecnología produce hidrógeno muy puro. 

Desarrollo de otros métodos de producción de hidrógeno

Fotoelectroquímica (PEC) y Fotobiológica: Estos procesos utilizan la energía de la luz para dividir el agua en H2 y O2, y son principalmente experimentales en la actualidad.   

La PEC utiliza paneles similares a las células fotovoltaicas sumergidas en un electrolito, y el Sol proporciona la energía para que se produzca la división agua-electrolito.

Para la generación fotobiológica, las microalgas verdes o cianobacterias utilizan la luz solar para dividir el agua en iones de hidrógeno y oxígeno.  

Productos de Process Sensing Technologies para la producción de hidrógeno y oxígeno

Ofrecemos una amplia selección de productos para garantizar la calidad tanto del hidrógeno como del oxígeno en las distintas fases del proceso.  

A la salida de los electrolizadores: 
Para medir H2 en O2: El Michell XTC601 Este es capaz de operar en el nivel de producción, que puede ser un proceso húmedo. 

Para medir O2 en H2: El Michell XTP601 Tanto el XTP como el XTC pueden ser SIL2-capable. 

En la post-producción de hidrógeno:
Cuando el gas se ha secado, los operarios quieren ver bajas ppm de O2 y puntos de rocío secos; <10 ppmV y -50°C e inferiores son peticiones típicas.  

Recomendamos: 

El Transmisor de punto de rocío a prueba de explosiones Michell Easidew PRO XP, con un Rango de medición desde -110 hasta +20 °C de punto de rocío. 

El analizador de oxígeno Michell XTP601 ofrece una selección de rangos, desde 0...0,5 % O2 hasta 90...100 % O2.  

En el caso del H2 de alta pureza, los productores a menudo desean saber tanto el grado de sequedad del gas como que los niveles de oxígeno están por debajo de determinados límites de ppm. Para ello podemos ofrecer el Michell Easidew Pro I.S. y el Sensor de ppm Ntron Minox-i..

Para controlar las trazas de gas en el hidrógeno, el LDetek HyDetek es una buena elección. Este instrumento es capaz de medir impurezas traza en hidrógeno hasta bajas partes por trillón, para cumplir la norma ISO 14687 Parte 2 para Hidrógeno para uso en pilas de combustible.  También puede medir el N2 en hidrógeno para la comprobación de fugas y para garantizar que no haya N2 residual durante la purga de tuberías. 

Contáctenos

Fuentes:

Procesos de producción de hidrógeno | Departamento de Energía

Métodos de producción de hidrógeno a escala | Royal Society

Diferentes tipos de electrolizadores - Greendrogen hidrógeno renovable




< Volver a la base de conocimientos